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H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR

H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof

H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof

H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a high-resistance SIMOX (separation by implanted oxygen) wafer, for reducing oxygen dispersed inside a wafer by heat treatment in a high-temperature and oxidizing atmosphere and preventing the generation of thermal donor.

SOLUTION: Rapid cooling after heating is applied after the heat treatment in the high-temperature and oxidizing atmosphere, so that the oxygen dispersed inside by the heat treatment in the high-temperature and oxidizing atmosphere is easily precipitated by vacancy injected by the rapid cooling after heating.

COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

Translated from Japanese

本発明は、ＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）ウェーハの製造方法に関し、特に、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）層を形成するための、高温かつ酸化性の雰囲気での熱処理により、ウェーハに内方拡散した酸素を低減することによって、サーマルドナーの発生を抑制する高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法に関するものである。 Oxygen present invention relates to a SIMOX (Separation by Implanted Oxygen) wafer manufacturing method, in particular, the SOI for forming the (Silicon on Insulator) layer by heat treatment at a high temperature in an oxidizing atmosphere, and inward diffusion into the wafer by reducing, to a method for manufacturing a suppressing high resistance SIMOX wafer generation of thermal donors.

ＳＯＩウェーハの製造方法の１つにＳＩＭＯＸ法（非特許文献１参照）がある。 SIMOX method in one of the method for manufacturing an SOI wafer has (see Non-Patent Document 1).ＳＩＭＯＸ法には、いくつかの方法があるが、現在のＳＩＭＯＸ技術の基礎となっているのは、低ドーズＳＩＭＯＸ技術（非特許文献２参照）である。 The SIMOX method, there are a number of ways, The basis of the current SIMOX technology is a low-dose SIMOX technique (see Non-Patent Document 2).

上記いずれのＳＩＭＯＸ法であっても、ＳＩＭＯＸ法で高品質なＢＯＸ層を形成するためには、１３００℃以上の高温かつ酸化性の雰囲気中での熱処理が必要であり、熱処理時にウェーハに内方拡散した酸素は熱処理後もウェーハに残存することになる。 The In either SIMOX method, in order to form a high-quality BOX layer in SIMOX method requires a heat treatment in an atmosphere of 1300 ° C. or more high temperature and oxidation resistance, inward wafer during heat treatment the diffused oxygen will remain on the wafer after heat treatment.そのため、デバイス製造工程で４００〜５００℃程度の熱処理が施されるとサーマルドナーが形成され、とりわけ、高抵抗のウェーハを用いたＳＩＭＯＸウェーハではその抵抗率が低下してしまうという問題があった。 Therefore, when the heat treatment at about 400 to 500 ° C. in device manufacturing processes are performed is the thermal donor formation, among other things, the resistivity in a SIMOX wafer with a high-resistance wafer is disadvantageously lowered.この問題に対して、特許文献３には、高温熱処理の最終段に１２５０℃以下８００℃以上の温度にて一定時間保持する方法が提案されている。 For this problem, Patent Document 3, a method of holding a predetermined time at the final stage in 1250 ° C. or less 800 ° C. or higher temperature high-temperature heat treatment has been proposed.特開平７−２６３５３８号公報 JP-7-263538 discloses米国特許第５９３０６４３号公報 U.S. Patent No. 5930643 Publication特開２００２−２８９８２０号公報 JP 2002-289820 JP

しかし、上述の方法では内方拡散した酸素を十分に外方拡散できないので、ウェーハの表面近傍しか酸素濃度を低減できない。 However, since the above-described method can not be sufficiently outdiffusing inward diffusion oxygen, only near the surface of the wafer can not be reduced oxygen concentration.そのため、４００〜５００℃程度の熱処理が施されると、ウェーハの表面近傍は高抵抗を維持できるが、ウェーハ表面から数μｍの内部ではサーマルドナーが形成され抵抗率が低下してしまう。 Therefore, when the heat treatment at about 400 to 500 ° C. is performed, the vicinity of the surface of the wafer can maintain high resistance, within a few μm from the wafer surface thermal donor is formed resistivity decreases.

ここで、酸素濃度を低減する方法として、高温かつ酸化性の雰囲気での熱処理後に、低温そして高温の２段階熱処理を施し酸素を析出する方法も考えられる。 Here, as a method for reducing the oxygen concentration, after heat treatment at a high temperature in an oxidizing atmosphere, it is also conceivable to deposit oxygen subjected to a two-step heat treatment of low temperature and high temperature.しかし、高温かつ酸化性の雰囲気での熱処理後のウェーハにおける酸素濃度は、ウェーハ表面で最小値を持ち、ウェーハ表面から約１００μｍの位置で最大値を持つというプロファイルとなること、また、この酸化に伴ってウェーハ表面から格子間シリコンが注入されることから、ウェーハ表面から数１０μｍ深さの領域では酸素を析出させることが困難である。 However, the oxygen concentration in the wafer after the heat treatment at a high temperature in an oxidizing atmosphere, has a minimum at the wafer surface, it becomes a profile that has the maximum value from the wafer surface at a position of about 100 [mu] m, also to the oxidation with since the interstitial silicon is injected from the wafer surface, in the region of a few 10μm depth from the wafer surface it is difficult to precipitate the oxygen.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、高温かつ酸化性の雰囲気での熱処理によりウェーハに内方拡散した酸素を低減でき、サーマルドナーの発生を抑制できる高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, the high temperature and the heat treatment in an oxidizing atmosphere can be reduced inward diffusion oxygen in a wafer, method for producing a high resistance SIMOX wafer which can suppress the generation of thermal donors is an object of the present invention to provide a.なお、サーマルドナーとは、４５０℃程度の熱処理により酸素と空孔とがドナー化したものをいい、このサーマルドナーが発生すると、特に高抵抗ウェーハは抵抗率が所望の値から低下してしまう。 Note that the thermal donors, referred to herein is by heat treatment at about 450 ° C. and the oxygen and vacancies and donors, this thermal donors is generated, in particular high resistance wafer resistivity is lowered from a desired value.

上記目的を達成するため、本発明者らは、高温かつ酸化性の雰囲気中での熱処理によりウェーハに内方拡散した酸素の低減方法について鋭意検討した。 To achieve the above object, the present inventors have intensively studied a method of reducing inward diffusion oxygen in the wafer by the heat treatment at a high temperature in an oxidizing atmosphere.その結果、高温かつ酸化性の雰囲気中での熱処理後に、加熱後急速冷却処理（ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）処理を典型例とする）を施してウェーハ表面から内部に空孔を注入することにより、熱処理中にウェーハに内方拡散した酸素を析出し易くする方法に想到した。 As a result, after the heat treatment at a high temperature in an oxidizing atmosphere, by injecting vacancies within the wafer surface is subjected to post-heating rapid cooling treatment (RTA (a typical example of Rapid Thermal Annealing) process), and I conceived a method for easily precipitate oxygen and inward diffusion into the wafer during the heat treatment.

すなわち、本発明の要旨は、以下のとおりである。 That is, the gist of the present invention is as follows.（１）高抵抗のシリコンウェーハに酸素イオンを注入し、次いで 高温かつ酸化性の雰囲気中にて熱処理を施し、 (1) injecting a silicon wafer to an oxygen-ion high resistance, then subjected to a heat treatment at a high temperature in an oxidizing atmosphere,該熱処理後に、シリコンウェーハ表面の酸化膜を除去した後、 After heat treatment, after removing the oxide film on the surface of the silicon wafer,加熱後急速冷却処理を施して、シリコンウェーハ中に空孔を注入する、 Is subjected to rapid cooling process after heating, to inject vacancies into the silicon wafer,ことを特徴とする高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。 High resistance SIMOX wafer manufacturing method, characterized in that.

（２）前記シリコンウェーハの抵抗率が１００Ωｃｍ以上であることを特徴とする上記（１）に記載の高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。 (2) high resistance SIMOX wafer manufacturing method according to the above (1), wherein the resistivity of the silicon wafer is not less than 100 .OMEGA.cm.

（３）前記加熱後急速冷却処理は、１１００℃以上の温度域に加熱後、３３℃／秒以上にて冷却するものであることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。 (3) the rapid cooling process after heating, after heating to a temperature range of not lower than 1100 ° C., above, wherein the is intended to cool at 33 ° C. / sec or more (1) or (2) high according to a method of manufacturing a resistance SIMOX wafer.

（４）前記加熱後急速冷却処理後に、酸素析出処理を施すことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。 (4) the after heating after the rapid cooling process, above, wherein the oxygen precipitation treatment is conducted (1) to (3) high resistance SIMOX wafer manufacturing method according to any one of.

本発明では、高抵抗のシリコンウェーハを用い、高温かつ酸化性の雰囲気中での熱処理後に、加熱後急速冷却処理を施すことによって、高温かつ酸化性の雰囲気中での熱処理により内方拡散した酸素を、加熱後急速冷却処理により注入した空孔を介して析出させることから、ウェーハ内部の酸素を低減でき、サーマルドナーの発生を抑制する高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハを提供できる。 Oxygen in the present invention, the use of a silicon wafer of high resistivity, after heat treatment at a high temperature in an oxidizing atmosphere, by applying a rapid cooling process after heating, and inward diffusion by heat treatment at a high temperature in an oxidizing atmosphere and since the precipitate through the holes injected by rapid cooling process after heating, can be reduced oxygen inside the wafer can be provided to suppress high resistance SIMOX wafer generation of thermal donors.

次に、本発明の実施形態について説明する。 Next, an embodiment of the present invention.図１は本発明に係る高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハの製造工程の一実施形態を示すフローチャートである。 Figure 1 is a flow chart showing an embodiment of a high-resistance SIMOX wafer manufacturing process according to the present invention.図１に示すように、本発明の製造方法は、シリコンウェーハに酸素イオンを注入する工程１と、高温かつ酸化性の雰囲気中で熱処理を施す工程２と、酸化膜除去処理工程３と、加熱後急速冷却処理工程４とを含む。 1, the manufacturing method of the present invention includes the steps 1 of implanting oxygen ions into a silicon wafer, a step 2 of subjecting a heat treatment at a high temperature in an oxidizing atmosphere, an oxide film removal step 3, the heating and a rear rapid cooling process step 4.さらに、本発明の製造方法は、酸素析出処理工程５を含むことが好ましい。 Further, the production method of the present invention preferably contains an oxygen precipitation treatment step 5.

以下、本発明に係る高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法を、ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法に適用して説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＩＴＯＸ−ＳＩＭＯＸ法など他のＳＩＭＯＸ法にも適用できる。 Hereinafter, a method for producing a high resistance SIMOX wafer according to the present invention will be described as applied to the MLD-SIMOX method, the present invention is not limited thereto, to other SIMOX method such ITOX-SIMOX method It can be applied.

ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法において、酸素イオン注入工程１では、酸素イオン注入を２段階に分けて行う。 In MLD-SIMOX method, the oxygen ion implantation step 1, are separately performed oxygen ions implanted in two steps.１回目の酸素イオン注入はシリコンウェーハを加熱して行い、続いて２回目の酸素イオン注入はシリコンウェーハの温度を室温程度に下げて行う。 First oxygen ion implantation is carried out by heating a silicon wafer, followed by the second oxygen ion implantation is carried out the temperature of the silicon wafer down to about room temperature.すなわち、１回目の酸素イオン注入は、シリコンウェーハを加熱することで、シリコンウェーハ表面を単結晶のまま維持して酸素の高濃度層を形成し、２回目の酸素イオン注入では、アモルファス層を形成する。 That is, first oxygen ion implantation, by heating the silicon wafer, the silicon wafer surface is maintained at a single crystal to form a high concentration layer of the oxygen in the second oxygen ion implantation, forming an amorphous layer to.

次いで、高温熱処理工程２においては、酸素と不活性ガスの混合雰囲気中で、熱処理温度を１３００℃以上、より好ましくは１３２０〜１３５０℃に設定して、６〜１２時間の熱処理を施し、ＢＯＸ層を形成する。 Then, in the high-temperature heat treatment step 2, in a mixed atmosphere of oxygen and inert gas, the heat treatment temperature 1300 ° C. or higher, more preferably set to from 1,320 to 1350 ° C., subjected to a heat treatment for 6 to 12 hours, BOX layer to form.酸化処理時の酸素分圧や熱処理時間を調節することによって、表面酸化膜の厚さを調節して、ＳＯＩ層の厚さを制御する。 By adjusting the partial pressure of oxygen and the heat treatment time in the oxidation process, by adjusting the thickness of the surface oxide film, to control the thickness of the SOI layer.酸素と混合する不活性ガスとしては、窒素またはアルゴンを使用できる。 The inert gas to be mixed with oxygen, nitrogen or argon can be used.雰囲気の酸素濃度は、１０％〜１００％とすることが好ましい。 Oxygen concentration in the atmosphere is preferably 10% to 100%.なぜなら、酸素濃度が１０％未満の場合、ＢＯＸ層の品質改善効果が十分でないおそれがあるためである。 This is because when the oxygen concentration is less than 10%, because the quality improvement of the BOX layer is likely not sufficient.

上記熱処理工程２において、シリコンウェーハの表面に酸化膜が形成されるため、この酸化膜を酸化膜除去処理工程３において除去する。 In the heat treatment step 2, since the oxide film is formed on the surface of the silicon wafer, removing the oxide film in the oxide film removing step 3.ただし、この酸化膜は完全に除去してもよいし、自然酸化膜、すなわち１ｎｍ以下の厚みの酸化膜が残っていてもよい。 However, the oxide film may be completely removed, it may remain natural oxide film, i.e., an oxide film of a thickness less than 1 nm.

その後、加熱後急速冷却（ＲＴＡ）処理工程４により、ウェーハ表面から空孔を注入する。 Thereafter, after heating rapid cooling (RTA) process 4, to inject vacancies from the wafer surface.ウェーハ表面から空孔を効率よく注入するためには、ＲＴＡ処理を、窒素を含有する雰囲気下で行うことが好ましい。 To efficiently inject holes from the wafer surface, the RTA process is preferably performed in an atmosphere containing nitrogen.窒素雰囲気下でＲＴＡ処理を行うと、高温で発生して残存する空孔と、ウェーハ表面に窒化膜が形成され、ウェーハ表面から内方拡散する空孔により、ウェーハ表面から数１０μｍ深さの領域で酸素が析出し易くなるためである。 If RTA is performed in a nitrogen atmosphere, and the pores remaining occurs at a high temperature, a nitride film is formed on the wafer surface, the vacancy-diffusion from the wafer surface, the region of a few 10μm depth from the wafer surface in is because oxygen is easily precipitated.また、ＲＴＡ処理はアルゴンを含有する雰囲気下で行うこともできる。 Moreover, RTA treatment may be performed in an atmosphere containing argon.アルゴン雰囲気下でＲＴＡ処理を行うと、高温で発生して残存する空孔により、ウェーハの内部で酸素が析出し易くなる。 If RTA is performed in an argon atmosphere, the vacancy remaining occurs at high temperature, oxygen is easily precipitated in the interior of the wafer.熱処理温度は１１００〜１３５０℃が好ましい。 The heat treatment temperature is preferably 1100~1350 ℃.なぜなら、熱処理温度が１１００℃を下回ると十分な空孔の注入が得られなくなり、１３５０℃を超えるとスリップ転位の発生が懸念されるからである。 This is because when the heat treatment temperature is below 1100 ° C. longer infusion sufficient vacancies obtained, because the generation of the slip dislocation is concerned exceeds 1350 ° C..また、最高温度からの冷却速度が遅いと空孔の外方拡散が進行し、ウェーハ表面近傍の空孔濃度が低下するので、冷却速度を３３℃／秒以上として実施するのが好ましい。 Also, proceeds cooling speed is slow outward diffusion of vacancies from the maximum temperature, since the vacancy concentration in the vicinity of the wafer surface is reduced, it is preferred to carry out the cooling rate as 33 ° C. / sec or more.冷却速度の上限は装置に依存し、冷却速度は速いほうが好ましい。 The upper limit of the cooling rate is dependent on the device, the cooling rate is faster it is preferable.

また、本発明の高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、ＲＴＡ処理によりウェーハ表面から注入される空孔の濃度ピーク位置を、高温かつ酸化性雰囲気での熱処理後の酸素の濃度ピーク位置よりもウェーハ表面側とすることが好ましい。 In the high-resistance SIMOX method for producing a wafer of the present invention, the concentration peak position of the holes to be injected from the wafer surface by RTA treatment, the wafer surface than the concentration peak position of oxygen after the heat treatment at a high temperature and oxidizing atmosphere it is preferable that the side.なぜなら、空孔の濃度ピーク位置が酸素の濃度ピーク位置よりもウェーハの内部にあると、ウェーハ内部での酸素析出に伴って発生し拡散する格子間シリコン原子によって、ウェーハ表層の酸素が析出し難くなるからである。 This is because if the concentration peak position of the holes is in the interior of the wafer than the concentration peak position of oxygen, the interstitial silicon atoms generated diffuse with the oxygen precipitation in the interior of the wafer, the oxygen in the wafer surface layer is hardly deposited This is because made.

ＲＴＡ処理により空孔を注入した後、デバイス製造工程において酸素析出が可能であれば酸素析出処理は必要ないが、デバイス製造工程において酸素析出が困難な場合は、さらに酸素析出処理工程５を追加することが好ましい。 After injection of vacancies by RTA treatment, but no oxygen precipitation treatment is necessary if possible oxygen precipitation in the device production process, if the oxygen precipitation is difficult in the device manufacturing process, adding more oxygen precipitation process 5 it is preferable.酸素析出処理は、７００〜９００℃、４時間の酸素析出核の形成処理と、１０００℃、１６時間の酸素析出物の成長処理とからなる通常の処理である。 Oxygen precipitation process, 700 to 900 ° C., the formation process of oxygen precipitation nuclei of 4 hours, 1000 ° C., normal processing consisting of a growth process of oxygen precipitates 16 hours.

図１に示す製造方法によって作製した高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハに、４５０℃、１時間の熱処理を施し、抵抗値をＳＲ法（Spreading Resistance）によって測定した。 High resistance SIMOX wafer manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 1, 450 ° C., subjected to a heat treatment of 1 hour, the resistance value was measured by SR method (Spreading Resistance).ＳＲ法とは、ウェーハを斜め方向に研磨して、深さ方向にその抵抗値を測る方法である。 The SR method, by polishing the wafer in an oblique direction, a way to measure the resistance value in the depth direction.実施例１〜６のＳＩＭＯＸウェーハは、表１に示す高抵抗のシリコンウェーハを用い、表１に示す条件に従う酸素イオン注入工程および高温熱処理工程の後にＲＴＡ処理を行った。 SIMOX wafers of Examples 1 to 6, a silicon wafer of high resistivity as shown in Table 1, were subjected to RTA treatment after the oxygen ion implantation step and a high temperature heat treatment step according to the conditions shown in Table 1.一方、比較例１のＳＩＭＯＸウェーハはＲＴＡ処理を行わなかった。 On the other hand, SIMOX wafers of Comparative Example 1 was not performed RTA treatment.測定条件及び測定結果を表１に示す。 The measurement conditions and the measurement results are shown in Table 1.

表１より、実施例のＳＩＭＯＸウェーハは抵抗率の変化が小さいことがわかった。 From Table 1, SIMOX wafer of example it was found that the change in resistivity is small.

以上より、本発明によれば、高抵抗のシリコンウェーハを用い、高温かつ酸化性の雰囲気中での熱処理後に、ＲＴＡ処理を施すことによって、高温かつ酸化性の雰囲気中での熱処理により内方拡散した酸素を、加熱後急速冷却処理により注入した空孔によって析出し易くするので、酸素を低減でき、サーマルドナーの発生を抑制でき、抵抗率が一様の高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハの提供が可能である。 From the above, according to the present invention, a silicon wafer of high resistivity, after heat treatment at a high temperature in an oxidizing atmosphere, by performing a RTA process, inward diffusion by heat treatment at a high temperature in an oxidizing atmosphere the oxygen, so to facilitate deposited by holes injected by heating after the rapid cooling treatment, the oxygen can be reduced, it is possible to suppress the generation of thermal donors, resistivity is possible to provide a uniform high-resistance SIMOX wafer .

本発明に係るＳＩＭＯＸウェーハの製造工程を示すフローチャートである。 Is a flowchart showing manufacturing steps of a SIMOX wafer according to the present invention.

Claims (4)

Translated from Japanese

高抵抗のシリコンウェーハに酸素イオンを注入し、次いで 高温かつ酸化性の雰囲気中にて熱処理を施し、 Injecting a silicon wafer to an oxygen-ion high resistance, then subjected to a heat treatment at a high temperature in an oxidizing atmosphere,該熱処理後に、シリコンウェーハ表面の酸化膜を除去した後、 After heat treatment, after removing the oxide film on the surface of the silicon wafer,加熱後急速冷却処理を施して、シリコンウェーハ中に空孔を注入する、 Is subjected to rapid cooling process after heating, to inject vacancies into the silicon wafer,ことを特徴とする高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。 High resistance SIMOX wafer manufacturing method, characterized in that.

前記シリコンウェーハの抵抗率が１００Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。 High resistance SIMOX wafer manufacturing method according to claim 1, wherein the resistivity of the silicon wafer is not less than 100 .OMEGA.cm.

前記加熱後急速冷却処理は、１１００℃以上の温度域に加熱後、３３℃／秒以上にて冷却するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。 The rapid cooling process after heating, after heating to a temperature range of not lower than 1100 ° C., method for producing a high resistance SIMOX wafer according to claim 1 or 2, characterized in that to cool at 33 ° C. / sec or higher .

前記加熱後急速冷却処理後に、酸素析出処理を施すことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高抵抗ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。 Wherein after heating after the rapid cooling treatment, the high-resistance SIMOX wafer manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the oxygen precipitation treatment is conducted.